2020 Fiscal Year Annual Research Report
Syntheses and layer distance control of novel anode materials and improvement for performance of Na ion battery
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19H02818
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
馬 廷麗 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (20380545)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯久保 智 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (40414594)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ２D材料 / 低温合成 / 層間制御 / 電極評価 / ナトリウムイオン電池 / 低コスト / 高性能 / 安定性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一連の新規な2D材料を開発した。材料の性能を向上するために、Siと複合材料を作製した。また材料の物理及び化学的性質を評価した。更に材料の構造についても検討した。材料の性質をXRD, SEMなどで解析した。
２D材料であるCu2MoS4の層間及び表面にある基団とNa+との相互作用を解明した。電気化学測定 (CV,EIS,充放電測定など)及び走査型透過電子顕微鏡（TEM）、電子エネルギー損失分光法などで、電極内におけるナトリウムイオンの分布及びイオンの脱離/挿入状態、イオンの拡散を評価し、電池の容量との関係を明らかにした。また理論計算を行い、２D材料の電子構造及びデバイスの電極活物質の分布などを計算した。合成した材料の表面及び層間にあるNa+と機能性グループとの相互作用を解明した。
更に比較するために低コストの遷移金属FeS2とSnS2の合成も行った。SnS2/FeS2/rGOの複合電極を作製し、電気化学測定 (CV,EIS，充放電測定など)を行い、複合材料の充放電性能はそれぞれ単独のFeS2とSnS2材料より高い性能が得られることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の進捗状況について、当初の研究計画以上に研究を進んでいる。２D材料は当初の計画であるMXene材料だけではなく、低コストの遷移金属FeS2とSnS2の合成も行った。SnS2/FeS2/rGOの複合電極を作製し、電気化学測定 (CV,EIS，充放電測定など)を行い、複合材料の充放電性能はそれぞれ単独のFeS2とSnS2材料より高い性能が得られることがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の今後の推進方策については当初の計画書通りで進んで行く予定である。合成した一連の材料を負極とし、Na2Fe2(SO4)3を正極とするSIBsデバイスを構築する。その充放電特性及びサイクリング安定性を評価する。また層間の制御は異なるサイズの分子を挿入し、層間を最適化する。Na+の吸蔵及び拡散については、走査型電子顕微鏡-組成分析などを用いて解析する。更に充放電性能への影響するメカニズムを解明することにより、高性能な材料開発への指針を得る。また理論計算を行い、挿入するナトリウムイオンはOH終端とF終端の構造及び電子密度の違いを計算する。表面吸着の過程及び金属イオンの状態についても解析することにより、負極材料の構造とデバイスの性能との関係を明らかにし、高性能SIBsの指針を得る。
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